авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Усовершенствование системы автоматизированного управления сухими газоочистными установками алюминиевых заводов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗОТОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СУХими ГАЗООЧИСТНыми УСТАНОВКами АЛЮМИНИЕВых ЗАВОДов

Специальность 05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург 2011

Работа выполнена на кафедре автоматики и управления в технических системах Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Лисиенко Владимир Георгиевич

Официальный оппоненты: доктор технических наук, профессор

Казаринов Лев Сергеевич

кандидат технических наук

Кудрявцев Владислав Сергеевич

Ведущая организация ФГУП «НПО Автоматики» имени

академика М.А. Семихатова

(г. Екатеринбург)

Защита состоится «29» июня 2011 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д212.298.03 при Южно–Уральском государственном университете по адресу: 454080 г. Челябинск. пр. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Южно–Уральского государственного университета.

Автореферат разослан «29» мая 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.298.03 при Южно-Уральском

государственном университете, д.т.н. С.Г. Некрасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большая часть окружающей человека среды несет на себе следы его производственной деятельности. Особенно остро стоит вопрос о защите воздушного бассейна: токсины в газообразной мелкодисперсной аэрозольной форме выбрасываются в верхние слои атмосферы без обезвреживания, разносятся воздушными потоками на значительные расстояния, пагубно влияя на состояние фауны и флоры.

Крупномасштабными источниками этого загрязнения являются предприятия цветной металлургии. В связи с вышеизложенным, возникает необходимость в решении проблем промышленных предприятий в области газоочистки, экологии и, в частности, повышении уровня автоматизации технологических процессов, внедрении современных средств АСУТП и КИП. Эти проблемы решаются созданием газоочистных установок и последующей их автоматизацией.

В последнее время часто применяется сухой метод очистки газов, который осуществляется в низконапорном реакторе с взвешенным слоем частиц глинозема и рукавном фильтре, что обеспечивает улавливание фторидов, пыли и полициклических ароматических углеводородов. Наибольшее распространение сухого метода обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, для мокрого способа очистки требуется большое количество воды и связанное с этим дорогостоящее и занимающее большие площади шламовое хозяйство. Во-вторых, улавливаемую сухим способом пыль гораздо легче утилизировать, чем шламовую пульпу, образующуюся при мокром способе.



Способы управления сухими газоочистными установками алюминиевых заводов, описанные работах таких авторов, как Ладыгичев М.Г., Старк С.Б., Мазус М.Г., Dawson P.R. позволяют осуществлять управление, как правило, с непосредственным участием человека, что ставит управляющую систему в зависимость от его своевременного вмешательства. От этого может зависеть не только исправность аппаратных средств, но и качество очистки газов, поступающих с производства.

Поэтому существует необходимость в разработке алгоритмического обеспечения для автоматического управления сухой газоочистной установкой, наиболее полно отвечающего требуемым параметрам и режимам работы технологического оборудования, предъявляемым его производителями, то есть в соответствии с технологией очистки производственных газов.

Целью работы является разработка алгоритмов управления, с использованием математических моделей, позволяющих в рамках автоматизированных систем управления технологическим процессом сухой газоочистки для алюминиевых заводов повысить энерго-экологические показатели производства алюминия, снизить концентрации вредных выбросов в атмосферу и, как результат, улучшить экологическую обстановку в промышленных зонах.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

  1. Проведение анализа математических моделей, выражающих условия улавливания мелкодисперсных пылей алюминиевого производства на рукавных фильтрах;
  2. Проведение сопоставительного анализа экспериментальных данных процесса улавливания мелкодисперсных пылей и соответствующих модельных расчетов с целью оценки возможности применения моделей при решении задач автоматического управления рукавными фильтрами;
  3. Разработка математической модели зависимости периода между регенерациями рукавных фильтров от перепада давления на них;
  4. Разработка алгоритмов автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
  5. Разработка программного обеспечения системы автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
  6. Разработка технического обеспечения системы автоматического управления и диагностики регенерации рукавных фильтров;
  7. Внедрение разработанной системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров в рамках АСУ ТП сухой газоочистной установки ОАО «БАЗ – СУАЛ»;
  8. Проведение энерго-экологического анализа процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров.

Объектом исследования является технологический процесс удаления электролизных газов при производстве алюминия.

Предметом исследования являются автоматизированные системы управления технологическим процессом удаления электролизных газов при производстве алюминия.

Методика исследования в основу методики исследования положены труды российских и зарубежных ученых по автоматизированному управлению технологическим процессом удаления электролизных газов при производстве алюминия.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

  • разработана математическая модель с использованием экспериментальных данных, для автоматического управления регенерацией рукавных фильтров;
  • разработаны алгоритмы автоматического управления технологическими процессами сухой газоочистной установки;
  • разработана система автоматического управления рукавными фильтрами на основе новых алгоритмических решений в соответствии с используемой технологией процесса очистки электролизных газов.

Практическая значимость работы. Разработанные алгоритмы и программы системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров реализованы с участием автора на сухой газоочистной установке 6 серии электролизного цеха БАЗа.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

    • способ управления регенерацией рукавных фильтров;
    • алгоритмы программ автоматического управления и диагностики системы управления регенерацией рукавных фильтров;
    • результаты энерго – экологического анализа процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на региональной X юбилейной научно – практической конференции “Алюминий Урала – 2005”(2005), на региональной XI научно-практической конференции Алюминий Урала – 2006”(2006), на на 2 научно-технической конференции молодых специалистов “БАЗ – СУАЛ”(2006), на международной научной конференции “информационно – математические технологии в экономике, технике и образовании”(2006), на VI всероссийской научно – практической конференции “AS’2007” «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (посвящается 100-летию со дня рождения профессора Масловского П.М.)(2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них две работы в рецензированных изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Работа выполнена на 147 страницах, в том числе содержащих 40 иллюстраций, 16 таблиц, библиографический список на 66 наименований работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, сделан краткий обзор по главам диссертации.

В первой главе диссертации приведена характеристика автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) сухой газоочистки, показанную на рис. 1, в которую будет добавлена подсистема – система автоматического управления регенерацией рукавных фильтров. Выделим в системе автоматического управления регенерацией рукавных фильтров 3 уровня, связанные между собой: нижний (уровень исполнительных механизмов и датчиков АСУ ТП), средний (уровень контроллеров и станций распределенной периферии) и верхний (уровень автоматизированных рабочих мест (АРМ) и систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA)).

 Комплекс программно – технических-1

Рис. 1. Комплекс программно – технических средств (КПТС) АСУ ТП сухой газоочистки

Нижний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров

Этот уровень представлен метрологическим обеспечением – средствами измерения и контроля технологических параметров, а также исполнительными механизмами, электрическими устройствами согласования со средним уровнем. Контроль осуществляется с помощью датчиков промышленной группы «Метран».

Средний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров

Аппаратно данный уровень контроллеров и станций распределенной периферии представлен КПТС на базе контроллера SIMATIC S7-300 (CPU316-2DP) и станций ЕТ200М, фирмы SIEMENS. Прием и выдача сигналов с датчиков, с и на управляющие механизмы осуществляется с помощью аналоговых сигнальных модулей ввода SM 331 и дискретных сигнальных модулей ввода SM 321 и вывода SM 322. Связь осуществляется по сети Profibus DP.

Программно этот уровень представлен пакетом Step 7 версии 5.1 фирмы Siemens.

Верхний уровень системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров

Аппаратно данный уровень представлен, КПТС на базе промышленных компьютеров и сервера. Промышленные компьютеры и сервер предназначены для сбора и компьютерной обработки данных, а также их накопления, решения задач управления, визуализации и архивации. Связь промышленных компьютеров, сервера и программируемых контроллеров PLC осуществляется по шине Industrial Ethernet.

Программно данный уровень представлен:

  • Системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) WinCC версии 5.1 фирмы Siemens, далее именуемой система WinCC;
  • Операционными системами Windows 2000 Professional и Windows 2000 Server фирмы Microsoft;
  • BlackICE PC Protection фирмы Internet Security Systems.

Задача визуализации сводится к задаче индикации технологических параметров системы автоматического управления регенерацией фильтров (заданных и фактических), режимов работы и сигналов от технологических датчиков на панели оператора или мониторе АРМа оператора, а также к сигнализации о состоянии технологического процесса (нормальная работа, аварийное и предаварийное состояние, отказы технических или программных средств).

Визуальная часть нарисована в графическом редакторе системы WinCC – Graphics Designer. Она состоит из мнемосхем.

Все мнемосхемы доступны для просмотра без авторизации. Для полноценного доступа для просмотра и управления в качестве оператора газоочистного комплекса необходимо ввести имя и пароль. Это позволяет закрыть неавторизованным пользователям доступ к функциям управления технологическими процессами, изменению режима, технологических параметров, осуществить разграничение доступа к системе.





Для архивирования технологических параметров используется встроенный инструмент TagLogging, являющийся частью системы WinCC.

База данных gaz_bazRT создана с использованием прилагающейся к системе WinCC СУБД – Sybase SQL Anywhere, фирмы Watcom. Встроенное средство системы WinCC – WinCC Online Trend Control – позволяет вывести график по интересующим технологическим параметрам, за нужный период времени.

Рассмотрены используемые технологии очистки производственных газов и общие характеристики, режимные параметры технологического процесса фильтрации газа.

Процесс регенерации фильтров является одним из основных технологических процессов “сухой” очистки газов, поскольку именно в рукавных фильтрах осуществляется разделение твёрдой и газообразных фаз при фильтрации пылегазовой смеси через фильтрующую перегородку. При фильтрации фторсодержащих газов через слой глинозёма на нетканом материале завершается процесс улавливания фтористого водорода оксидом алюминия. Очистка (регенерация) рукавов – импульсная, производится с помощью сжатого воздуха. Одновременно отряхивается один ряд рукавов. Сжатый воздух для регенерации с давлением подается в ресивер рукавного фильтра, установленный перед каждым рукавным фильтром. Пыль с рукавов периодически стряхивается пневматическими импульсами, соз­даваемыми электропневматическими клапанами по сигналу от микропроцессорного управляю­щего устройства с частотой, зависящей от величины гидравлического сопротивления фильтра. Пыль, удаленная с рукавов, осаждается в бункере, ссыпается на тканевую перего­родку аэрожелоба фильтра.

Анализ литературных данных показал, что чаще всего на практике регенерация рукавов в рукавном фильтре производиться автоматически: либо при достижении критического перепада давления, либо в результате срабатывания реле времени, как представлено на рис. 2.

Также для технических расчетов тканевых рукавных фильтров при улавливании грубых пылей А.С. Мандрико и И.Л. Пейсаховым был предложена математическая модель, выражающая зависимость между перепадом давления на рукавном фильтре и продолжительностью периода между регенерациями.

И в том, и в другом случае автоматизация процесса регенерации рукавов осуществляется путем оптимизации опытной зависимости между сопротивлением рукавного фильтра и временем межрегенерационного периода.

Существенное влияние на качество очистки, на длительность эксплуатации оказывает соответствие периода между регенерациями перепаду давления на рукавном фильтре. Поэтому работа системы регенерации рукавных фильтров согласно схемам регенерации изображенных на рис. 2 малоэффективна, так как не учитывает состояние запыленности рукавов.

 Схема регенерации фильтра: а –-2

Рис. 2. Схема регенерации фильтра: а – временная; б – с фиксацией верхнего уровня перепада давления; в – с фиксацией верхнего и нижнего уровней перепада давления

Таким образом, требуется провести анализ, и модели Мандрико и Пейсахова, и анализ экспериментальных данных графиков фильтров, после чего сравнить расчеты по модели Мандрико и Пейсахова с результатом анализа экспериментальных графиков фильтров. Это позволит разработать модель управления регенерацией рукавных фильтров, выражающую зависимость периода между регенерациями от перепада давления на рукавном фильтре.

На основе модели требуется разработать алгоритмы программ автоматического управления и диагностики системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров. И далее реализовать их при создании системы автоматического управления технологическим процессом регенерации рукавных фильтров.

Также по результатам эксплуатации газоочистной установки необходимо провести энерго-экологический анализ процесса удаления газов при электролизе алюминия с использованием системы автоматического управления регенерацией рукавных фильтров, в соответствии с методикой полного (сквозного) энерго-экологического анализа, разработанного в УГТУ – УПИ, под руководством В.Г. Лисиенко.

Во второй главе приведены анализ, и модели Мандрико и Пейсахова, и экспериментальных графиков фильтров. Произведено сравнение результатов анализов. Разработана модель управления регенерацией рукавных фильтров для автоматизированного управления процессом, в зависимости от перепада давления на рукавном фильтре.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки (Па) может быть представлено суммой двух слагаемых:

Р = Р1 + Р2 = , (1)

где Р1 – постоянное сопротивление самой фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся на ней после регенерации, Па;

Р2 – переменное сопротивление накапливающегося на фильтровальной перегородке слоя пыли, удаляемого с нее в процессе регенерации, Па;

А – коэффициент сопротивления фильтровальной перегородки с слоем пыли, оставшейся на ней после регенерации, м-1;

В – коэффициент сопротивления слоя пыли, м/кг;

– динамический коэффициент вязкости газа, Пас;

Z – запыленность газа перед фильтром при рабочих условиях, кг/м3;

w – скорость фильтрования, м/с;

t – время, с.

В модели (1) численные значения коэффициентов А и В определяются опытным путем.

Для ориентировочных подсчетов путем обработки экспериментального материала для частиц с dm 20 мкм были получены следующие значения коэффициентов A и B.

Коэффициенты А и В (ткань – лавсан арт. 217)

Таблица 1

dm (мкм) A (м-1) B (м/кг) Вид пыли
1 0,5 – 0,7 (13000 – 15000)·106 330·109 кремниевая, возгонная
2 2,5 – 3,0 (2300 – 2400)·106 80·109 сталеплавильная, возгонная
3 10 – 20 (1100 – 1500)·106 (6,5 – 16)·109 кварцевая, цементная

Исследования показали, что чем мельче частицы улавливаемой пыли, тем выше коэффициенты А и В.

В формуле (1) численные значения коэффициентов А и В определяются только опытным путем. Для технических расчетов тканевых рукавных фильтров при улавливании грубых пылей (с dm > 20 мкм) А.С. Мандрико и И.Л. Пейсаховым была предложена модель:

Р = (2)


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.